高速铁路旅客地道接长施工综合方法研究

高速铁路旅客地道接长施工综合方法研究

摘要：我国投入运营的高速铁路，已成为世界上技术最全、集成能力最强、运

营里程最长、运行速度最高的高速铁路系统。随着我国经济发展和城市化进程加快，高速铁路对城市发展的制约逐步显现出来，对既有高速铁路的扩建及改建工

程势在必行，针对高速铁路改扩建工程也是一项新课题，需要研究攻克。本文结

合京沪高铁枣庄站地下通道延长施工，对高速铁路旅客地道接长施工进行总结归纳。

关键词：高速铁路；旅客地道；沉降观测；整体道床；基坑防护

1.前言

京沪高铁枣庄站位于山东省枣庄市薛城区境内，是山东省南部旅客乘降的主

要车站，随着客流量的增加，原枣庄站进、出站地下通道已不能满足旅客通行，

需要对其分别延长15.6米，结构形式为1-12.3m钢筋混凝土框架涵。通道延长施

工基坑开挖，需部分拆除枣庄站6道无砟轨道整体道床，地下通道施工完成后，

恢复拆除的无砟轨道整体道床。由于高速铁路的运行不能受施工的影响而中断，

如何科学合理的制定好针对高速铁路的施工方案和防护措施是保证施工安全的关键。根据此施工防护实例，作如下总结。

2.硬隔离安装

根据铁路营业线要求，高速铁路施工需将施工区域进行全封闭，京沪高铁枣

庄站地下通道延长工程为满足施工需要，需在4站台安装硬隔离将施工区域与车

站进行隔离。其中施工区域硬隔离安装总长450米，站台两端部分与车站既有防

护栅栏相连接。

本着尽量少占用既有旅客站台，减少对旅客及行车组织的影响，尽量将硬隔

离位置设计到站台盲道处。硬隔离基础施工利用直径10cm的水磨钻机打眼，具

有施工速度快、破坏小、施工污染小的特点。

同时考虑到站内高速通过的列车对封闭围挡的风力冲击，封闭围挡采用两种

型式进行设置，施工区域部分采用全封闭式的彩钢瓦防护，施工区域外侧采用防

护栅栏网片。这样施工区域可以做到全封闭式的管理，后期施工不会对车站的行

车组织产生干扰。施工区域外侧的防护栅栏网片又可以降低高速通过的列车带来

的风力冲击。

硬隔离安装示意图（1）硬隔离安装示意图（2）

3.自动化监测系统介绍

3.1软件系统

软件基于 Python 语言平台开发，并针对高铁监测工程进行了优化。可实现分

级别分权限管理，让拥有权限的相关人员可以远程实时查看监测数据，实现信息

共享。软件可设置沉降上限报警命令。并实现与短消息平台结合，当发生沉降异

常时，及时自动发送短消息到监测管理人员的手机上，以便尽快启动相应的预案。软件主要功能包括在线监测数据查看、趋势分析、累积沉降曲线展示、数据下载、预报预警等。

3.2软件系统优化

本次监测工作主要是对施工影响范围站内的地下通道开挖范围内的 1-4 股、股、3、4 站台及雨棚柱、托换桁架基础进行监测。

京沪高速铁路处于封闭状态，采用传统人工测量方法很难进行连续监测。所

以，要保证结构的安全性，除了严格控制施工措施外，还要对其进行远程、实时、在线、自动地监测，从而保证京沪高铁的运营安全。所以采用以压差式静力水准

仪为核心组成的24 小时自动化在线监测系统。

由于本次监测是在运营状态下的高铁车站内进行检测，高速通过的高铁列车

会对轨道、站台和风雨蓬柱存在一个瞬间的超过预警值（1mm）的位移量。该位

移量不是因为施工造成的需要进行排除，以往的排除方法是需要专人在对列车通

过的时间段内，人工在软件内进行删除，往往造成由于排除不及时而发生误报的

情况。

为解决这一问题，通过对以往收集的沉降观测的结果研究发现，列车通过瞬

间被监测物发生沉降位移后，往往在后续的1~5分钟内该沉降量会恢复，针对这

一特性，通过软件层面编写，有软件在每日输出检测结果时进行自动筛查，自动

过滤，避免由人工筛查而出现的失误。

即时形变曲线显示

上图中出现的突兀的明显落差即为行车干扰时的加测数据，根据预先编写的

软件会自动过滤掉该数值前后5分钟之内的数据。

4.钢轨和整体道床受力分析

4.1无缝钢轨受力分析

根据钢轨力学分析方法将无缝钢轨假定为梁，因封闭施工，荷载只考虑温度

荷载和钢轨自重，建立弹性点支承梁和连续弹性支承梁模型。点支承梁模型是将

扣件视为弹簧，钢轨按轨枕间距支承于轨枕之上，弹簧支承刚度由扣件等下部结

构刚度换算得来。因拆除长度为25m，拆除部位可视为轨枕间距为25m点支承梁；拆除范围以外的无砟轨道无缝线路可忽略轨枕间距，下部基础对钢轨的作用力为

均匀分布，视为连续支承梁，弹簧支承刚度为钢轨基础弹性模量。

图2 连续支承梁模型

4.2无缝钢轨受力计算

钢轨：其弹性模量为 2.1×105MPa，泊松比为 0.3，线膨胀系数 11.8×106/℃，

密度 7830kg/m3。

扣件：扣件弹性垫板的静刚度[11]为22.5kN/mm，垫板宽度为150mm，轨枕

间距 0.65m。

荷载：荷载取为 22.5kN。

环境温度：2017年10月~2018年4月（最高温度：28℃，最低温度：-8℃）根据上述结构模型建立悬空状态下的钢轨受力模型如图 3 所示，建立钢轨三

维实体模型，扣件弹性垫板看成均布弹簧支承钢轨下部。

通过应力计算分析发现，随着跨数的增加，对分析部位的应力影响越小。当

钢轨跨数超过一定值时，应力影响为零。底部临时支撑加固悬空钢轨段，当两端

超过 10 跨以上时就已满足稳定需要，固在两端钢轨锁定的情况下，拆除25米整

体道床，对底部临时支撑的悬空钢，不会因温度荷载和自重造成钢轨发生不可逆

的弯曲变形。

4.3拆除段两端的既有道床板加固措施

轨道板的温度主要指 2个方面：一是轨道板整体的温度升降，这使轨道板发

生整体的伸缩；二是轨道板沿其高度方向的温度递变即温度梯度，这是轨道板发

生翘曲、表层开裂和板底分离的主要原因。根据日本日野土木试验所实测得到轨

道板翘曲的最大最小值之差可达 0.8mm。普通轨道板的最大翘曲纵向应力为 1.81 MPa